淺談光纖陀螺儀軌道方向不平順檢測系統(tǒng)設(shè)計

VG951光纖陀螺儀是根據(jù)薩格納克效應(yīng)研制的，即光在薩格納克效應(yīng)中產(chǎn)生的光程差與旋轉(zhuǎn)角速度成正比，從而可通過光的干涉結(jié)果推算角速度，其輸出信號與角速度成正比。其主要關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)為：偏差穩(wěn)定性：0.3 - 1deg/hr;隨機游走：<0.002deg/sqrtHz;工作范圍：80deg/sec;

偏差重復(fù)性(offset) 1°/hr,1 sigma;偏差變化(恒穩(wěn)態(tài))0.3°/hr,1 sigma;比例因子37mV/°/s±10%;外部磁場<1°/hr/Gauss;輸出阻抗1000Ω。由此可以看出，VG951是一種穩(wěn)定性好、漂移小、重復(fù)性好、抗磁能力強的性能優(yōu)異的光纖陀螺儀產(chǎn)品。

陀螺儀用于檢測軌向時輸出信號很微弱，因此，必須選用低噪聲運放電路，并合理設(shè)置濾波電路。本系統(tǒng)選用高精度低噪聲的儀用放大器AD620，其最佳源電阻在1000Ω左右，正好與VG951相匹配，能最大限度地減少由于電路阻抗不匹配產(chǎn)生的噪聲[6] 。該放大電路與無源 RC濾波電路組合，能夠有效保證前置放大電路的品質(zhì)。

AD 公司的A/D轉(zhuǎn)換器AD7714[6]是一款帶信號處理功能的串行A/D，可直接從傳感器接受低電平信號，使用和差轉(zhuǎn)換技術(shù)實現(xiàn)高達24bit的無誤碼模數(shù)轉(zhuǎn)換。AD7714內(nèi)置數(shù)字濾波功能，可編程設(shè)置濾波器的截止頻率和穩(wěn)定時間。本系統(tǒng)可同時接受和處理二路VG951的輸入。 AD7714參考端電壓(+3.0V)由AD780提供。

陀螺儀信號是雙極性信號，且信號地與電源地相通。雖然AD7714可以接受雙極性輸入，但有一個限制條件，即信號相對于AGND的電壓不能低于-30mv。因此，必須將陀螺儀信號平移一個基準(zhǔn)電壓(+1.5V)，該電壓由AD780分壓提供。

系統(tǒng)以Philips公司的P89V51RD2[8]為控制與數(shù)據(jù)處理中心。P89V51RD2是一種高性能的80C51兼容型單片機，片內(nèi)內(nèi)置64K程序存儲器,768+256Byte數(shù)據(jù)存儲器，可利用 Philips提供的ISP/IAP程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的在線編程(在系統(tǒng)或在應(yīng)用編程)。該CPU管理并控制著數(shù)據(jù)采集過程，由T2 定時器給AD7714的數(shù)字積分提供精確定時，并完成陀螺儀測量數(shù)據(jù)的實時分析與處理工作。圖1為簡化硬件原理圖。

同時，P89V51RD2還是與軌檢小車主CPU進行數(shù)據(jù)通訊的控制器，成為軌檢小車多CPU主從結(jié)構(gòu)的一個基礎(chǔ)端點。

圖1 簡化硬件原理圖